几种电流互感器带电测试的方法

石瑞才

(南宁供电局，广西 南宁 530031)

1 引言

在实际应用中，电流互感器(以下简称为TA)是在出厂或投运前进行较为详细的检测。但由于目前的检测方法及TA现场运行环境的制约，对现场已经投运的电流互感器误差、运行状况、励磁特性等一直缺乏有效检测手段，因而TA带电测试的现实运用也相对较少。随着电力技术的不断发展，TA的带电测试技术也越来越受到关注，并且国内外的科研人员对TA带电测试的研究也取得了一定成果。通过学习国内、外TA检测的先进理论和经验，收集整理出以下三种TA带电测试技术，以供参考。

2 三种电流互感器带电检测技术及应用

2.1 电流互感器误差带电测试技术

2.1.1 TA误差带电检测技术理论依据

现场带电运行的TA受其工作环境及自身特性的制约，采用传统的检测理论和方法或近年出现的TA低压测试法难以实现高精度的带电在线检测。研究人员从TA误差的基本定义入手，研究其带电检测手段。

电流误差(比值差):

式中，Kn为TA额定变比;I1为TA一次电流;I2为TA二次电流。

相位差:一次电流与二次电流相量的相位差。

由上述定义可知，如可实现对带电运行的电流互感器一、二次电流幅值及相位进行在线测量，即可实现对带电运行的TA在实际工作点下(实际电流点和实际二次负荷下)的误差在线检测，如图1所示。

图1 TA误差带电检测原理图

2.1.2 应用实例

澳大利亚红相电力设备有限公司研发的590F带电TA测试仪较好地运用了该理论。其高压电流夹钳实现对TA一次电流的在线采集。如图2所示，590F夹钳及信号处理单元负责将一次母线的电流转换成小信号后，经数字处理再次转换为光纤信号，经光纤线路传输后送入光电转换模块，最后光纤信号被转换成RS485信号送入数据处理中心。同时，另一路信号通过590F电流测试模块直接对TA二次电流进行测试。数据处理模块将实际采集到的TA一次和二次信号进行比较运算，最后计算出带电TA的比差和角差。

图2 590F测试原理框图

2.1.3 TA误差带电检测技术的优缺点

基于TA误差基本概念的TA带电测试技术的实际应用作为对现场运行TA的检测手段之一，可对运行的TA进行误差测试，及时发现TA在运行中出现的故障，如超差。同时，该技术在测试中不影响带电计量回路的正常工作，可作为对TA运行状况日常巡检的一种手段。但由于受目前高压电流夹钳制造技术、高压测试的危险等因素的限制，其测试精度并不高。另外，其仅能对现场运行的某一电流点和负荷点下的TA误差进行测试。

2.2 电流互感器及其二次回路带电故障侦测技术

2.2.1 TA带电故障侦测技术理论依据

1977年V.A.MUNTZ提出了基于高频导纳的TA故障判别方法。此方法基于TA阻频特性的建模方法;采用在50Hz的基础上叠加一个音频信号来达到满足灵敏度和简易测试的要求。研究表明，对于性能良好的TA，在频率远高于工作频率(50Hz)的时候测试出的导纳值与50Hz下的感抗值直接相关。所以，通过在50Hz上叠加一个测试信号来辨别TA的工作状况，进而来判断电流误差的变化等参量是可以实现的。

如图3所示，在TA工作在50Hz信号时，对TA二次回路注入高频测试信号，再利用选频技术对高频信号进行采样测试，达到对TA及其二次回路的导纳测试的目的。此方法可用于测试TA在特征故障条件下(如匝间短路、直流残余过量、二次回路非正常)工作时的定向判断。

图3 高频导纳测试原理框图

2.2.2 应用实例

澳大利亚红相电力设备公司成功运用该理论研制开发的505型TA导纳测试仪不仅能够对离线TA进行测量，也可方便地串入在线TA二次回路(通过TA并接开关)，在50Hz信号依然存在情况下快速准确地测试TA高频导纳，解决了在线TA测试的难题。由于对不同的TA导纳值也不尽相同，可通过两种方式来判别TA的导纳值是否异常:一是采用一组同型号TA导纳值相互对比来判别，一组TA全部出现故障的可能性是非常小的;二是不断累积经验数据。如能将两种方法结合起来使用，效果更好。

2.2.3 TA带电故障侦测技术的优缺点

由于该方法采用串入TA二次回路的方法测试导纳值，因此测试在线TA时应注意将导纳测试仪完好串入回路，并确认不会中途脱落造成二次开路。测试可单独对TA二次绕组进行测量，也可将整个二次回路包括在内。在导纳测试仪的串入不会对继电保护电路构成影响的情况下，也可用于保护TA的测试。实践证明:采用给TA二次回路叠加音频信号的方法来测试TA二次导纳是可行的。通过将设备串入在线TA二次回路，可实现二次回路电流及相角的测量。利用信号注入原理，还可用于测试TA二次负荷量，扩大了其应用范围。因此可以作为TA在线运行时故障侦测的一种工具。

2.3 电流互感器带电励磁特性检测技术

2.3.1 TA带电励磁特性检测技术理论依据

电流互感器励磁特性带电测试技术是基于电流互感器的负载工作特性。在电流互感器现场运行时，通过改变接于电流互感器的二次负载实现对电流互感器不同工作点下的励磁改变，来等效模拟改变TA一次电流对TA励磁的影响。通过测量不同二次负荷下的TA二次电流、TA二次电压等参数，实现对电流互感器励磁特性的测量。其本质是利用了电流互感器的负载工作特性，利用一次电流变化和二次电压变化对电流互感器工作特性改变等效关系来建立的。

其测试步骤及理论基础如下:

由图(4)可知:

且

图4 TA带载等效原理图

式中，E为感应电动势，V;I1为一次电流，A;I2为二次电流，A;I0为励磁电流，A;I为空载电流，A;Zb为负载阻抗，Ω;Z2为电流互感器二次阻抗，Ω;Z0为励磁阻抗，Ω。

由上述公式(1)、(2)可知，要得到TA测量励磁特性E=f(Z0)，首先需确定TA一次电流I1和TA二次阻抗Z2;再通过改变TA二次负载，并对应不同TA二次负载下的TA二次电压U，TA二次电流I2;结合公式(1)、(2)计算出不同负载时TA的感应电动势E和励磁电流I0。其测试过程大致可分为以下几步:

(1)通过查询该电流互感器出厂记录或停电测试记录确定被测电流互感器二次绕组阻抗Z2。

(2)在线带电将TA二次短接，将TA实际二次负荷与TA二次回路分离。测量此时的TA二次电流，即TA空载电流I和TA二次电压U。因此时TA工作在空载状态下，即二次负荷Zb=0，此时电流互感器励磁电流I0很小，可忽略。因此可认为此时:

I1/K=I即I1=KI

(3)在TA二次回路中串接入一负荷箱，改变TA二次负荷，测出不同负荷下，电流互感器二次电压U及二次电流I2，并计算出感应电动势E和励磁电流I0;

(4)根据所测试出的不同负荷下的感应电动势E和励磁电流I0，绘制出被测电流互感器当前电流点工作状态的励磁特性曲线:E=f(I0)。

2.3.2 TA带电励磁特性检测技术的优缺点

该技术还处在理论实验阶段，作为带电励磁测试技术值得进一步研究。该方法在负荷相对稳定的场合具有较好的实用意义，在负荷变动较大的场合，应该考虑负荷变化对电流互感器励磁工作点的改变情况。为保护用电流互感器励磁特性的检测提供参考，但是带电测试方法的应用在下述方面受到一些限制:

(1)负荷经常变动的场合，由于被测互感器励磁工作点一直在改变，无法通过直接改变二次工作电压来定向改变TA的励磁工作点，因此本文介绍的测试方法仅用于线路负荷比较稳定的场合。

(2)带电励磁特性测试结果只能对继电保护及二次回路的配置提供参考。

(3)由于高压互感器的拐点电压较高，仅通过提高二次电压使被测互感器达到拐点还应考虑互感器二次端子的绝缘因素，在条件可行的情况下进行测试。

3 结论

本文介绍了三种分别针对电流互感器的误差、自身及其二次回路高频导纳、励磁特性的带电在线测试技术;为研究电流互感器带电运行特性提供了理论和实践依据。当然，影响电流互感器现场运行的因素很多，同样可供在线检测、研究的特性还有很多，如电流互感器二次负荷、暂态特性等等。本文作为带电测试技术的一个小结，为电流互感器其他特性参数的在线检测技术提供了参考。

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